[논문]효과적으로 기부를 받기 위한 인간형 로봇의 외형 디자인 및 행동에 관한 연구

엄윤설; 송현종; 김이택; 민인준; 유동하; 한재권

doi:10.7746/jkros.2019.14.3.163

효과적으로 기부를 받기 위한 인간형 로봇의 외형 디자인 및 행동에 관한 연구
A Study on the Appearance Design and Behavior of a Humanoid Robot to Receive Donations Effectively 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.14 no.3, 2019년, pp.163 - 169

엄윤설 (Hanyang University ERICA) , 송현종 (Hanyang University ERICA) , 김이택 (Hanyang University ERICA) , 민인준 (Hanyang University ERICA) , 유동하 (Hanyang University ERICA) , 한재권 (Department of Robotics, Hanyang University ERICA)

Abstract ▼ AI-Helper

Robot ALICE@ERICA is a service robot developed to receive donations and to provide information services. ALICE@ERICA stands for Artificial Learning Intelligence robot for Culture and Entertainment at ERICA. In order to achieve the specific purpose of receiving donations, proper appearance design, appropriate movement and good communication skills are required in terms of HRI. In this paper, we introduce three strategies for developing robots to receive donations effectively. The first is to design a robot that makes people feel intimacy, the second is to approach only one of several people as a donor, and finally the donor communicates with video contents and voice recognition. A survey was conducted on the person who showed the reaction after the robot donated money in public places. Based on the survey results, it is proved that the method presented in this study effectively contributed to fund raising. If robots can perform actions that require high level of HRI, such as donation, robots can contribute more to human society. We hope that this study contributes to the improvement of human happiness.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 기부 로봇 개발에 적합한 로봇 디자인, 로봇이 사람을 인식하고 기부자를 선정하여 접근하는 방법, 음성 인식 전략에 대해 다루고자 한다. 또한 로봇이 실제로 공공장소에서 기부 활동을 수행한 뒤, 이에 따른 설문조사를 실시하여 논 연구의 효과에 대하여 논하고자 한다.
본 논문에서는 기부 로봇 개발에 적합한 로봇 디자인, 로봇이 사람을 인식하고 기부자를 선정하여 접근하는 방법, 음성 인식 전략에 대해 다루고자 한다. 또한 로봇이 실제로 공공장소에서 기부 활동을 수행한 뒤, 이에 따른 설문조사를 실시하여 논 연구의 효과에 대하여 논하고자 한다.
얼굴은 디테일한 디자인을 지양한 미니멀디자인을 함으로써 인간이 로봇 얼굴에 대해 주관적인 느낌과 판단을 덧입힐 수 있는 여지를 두도록 하였다. 또한 팔의 링크 및 관절에는 로봇임을 한 눈에 알아볼 수 있도록 금속 재질과 모터를 그대로 드러냈다.
LIDAR, 안테나, 스피커같이 밖으로 드러나야 하는 전장 부품들은 디자인을 해치지 않으면서도 제 기능을 발휘할 수 있도록 각각 목, 귀, 가슴에 배치하였다. 이러한 시도를 통해 ALICE@ERICA의 디자인이 인간의 형상을 닮음에 있어 지나치거나 모자라지 않는 균형을 갖춘 로봇으로 보일 수 있도록 의도하였다.

제안 방법

ALICE@ERICA가 서비스 로봇으로서 인간과 상호작용을 극대할 수 있도록 로봇의 외형 디자인 연구를 진행하였다. 서비스 로봇의 상호작용 효과를 높이기 위한 디자인적 측면에서의 노력은 여러 실험을 통해 활발히 이루어지고 있다.
2 m 키에 투피스 정장을 입은 여성형 휴머노이드 로봇 형태로 디자인되었다. 기부자를 파악하기 위하여 인공지능 사물 인식 모델인 YOLO를 기반으로 기부자 선정 프로그램을 개발하였다. 로봇이 선정된 기부자에게 다가갈 수 있도록 구동 모터가 실시간으로 제어되며 기부자와 마주한 뒤에 여러 행동을 할 수 있도록 팔 및 머리의 모션 제어가 수행되었다.
연령은 10대에서 60대까지 다양하게 선별되었고 성별 또한 2:3 비율이 넘지 않도록 균형을 맞추었다. 두 실험의 조건을 최대한 동일하게 설정하기 위하여, 같은 장소에서 같은 시간대에 1시간 동안 총 2일간 진행하였으며, 실외 온도와 습도는 두 경우 모두 31℃ 와 87%로 동일하였다. [Fig.
또한 ALICE@ERICA의 효과적인 모금 및 상호작용 효과를 증명하기 위해서 공공장소에서 다양한 연령의 사람을 대상으로 기부 모금 활동을 하고 설문조사 실험을 진행하였다. 실험 결과 ALICE@ERICA의 디자인과 행동이 로봇에 대한 친밀감을 높이고 기부 의사를 높인다는 것을 확인할 수 있었다.
로봇이 선정된 기부자에게 다가갈 수 있도록 구동 모터가 실시간으로 제어되며 기부자와 마주한 뒤에 여러 행동을 할 수 있도록 팔 및 머리의 모션 제어가 수행되었다. 또한 로봇과 기부자 사이의 원활한 의사소통을 위해서 동영상 콘텐츠를 재생할 수 있는 패드를 손에 장착하고 음성 인식을 수행하였다. 패드는 기부자가 잘 볼 수 있는 각도로 제어되며 음성인식은 Google 기반 서비스를 기반으로 특정 대화를 수행할 수 있도록 프로그램되었다.
기부자를 파악하기 위하여 인공지능 사물 인식 모델인 YOLO를 기반으로 기부자 선정 프로그램을 개발하였다. 로봇이 선정된 기부자에게 다가갈 수 있도록 구동 모터가 실시간으로 제어되며 기부자와 마주한 뒤에 여러 행동을 할 수 있도록 팔 및 머리의 모션 제어가 수행되었다. 또한 로봇과 기부자 사이의 원활한 의사소통을 위해서 동영상 콘텐츠를 재생할 수 있는 패드를 손에 장착하고 음성 인식을 수행하였다.
로봇이 기부할 대상을 선정하고 따라가기 위해서 가장 먼저 수행해야하는 것은 비젼데이터를 기반으로 사람을 인식하고 사람의 3차원 위치를 파악하는 것이다. 사람을 인식하기 위해서 스테레오 카메라인 ZED를 이용하여 이미지와 거리 정보를 습득한다. 습득된 이미지는 YOLO 객체검출 모델에 입력되고 이미지 속에 사람 형상이 존재하면 직사각형 모양으로 추출된다.
설문조사는 로봇이 참여자에게 접근하여 로봇 스스로 자신의 목적을 소개하도록 한 뒤, 참여자가 이에 대한 반응 및 소감을 응답하는 순으로 진행하였다. 설문 조사 문항은 [Fig.
실제 생활 환경에서 로봇 기부 행위와 디자인의 상관 관계를 파악하기 위한 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 로봇의 커버를 장착하지 않은 상태에서 57명, 로봇의 커버를 장착한 상태에서 59명, 총 116명의 사람들을 대상으로 진행되었다.

대상 데이터

ALICE@ERICA는 원거리에 나타난 사람들에게 스스로 다가가는 목적을 수행하기 위해서 영상 데이터를 사용하였다. 특히 사람을 인식하기 위해서 영상을 이용한 인공지능 사물 인식 분야에서 좋은 결과를 보여주고 있는 YOLO (You only Look Once) 모델을 사용하였다^[12].
거리정보로는 ZED의 Depth 정보와 LiDAR의 Depth 정보 2개가 사용된다. ZED의 Depth 정보는 카메라 화각 내 3차원 좌표로 표현되어 원거리 판단에 적합하며, LiDAR의 Depth 정보는 2차원 평면상의 위치 데이터로써 근거리 판단에 적합하다.
특히 기부금 모집이라는 특수목적을 수행하기 위해서 개발 단계부터 전략적인 접근이 요구되었고 이에 따라 디자인, 기부자 인식 및 접근 방법, 기부자와의 상호작용에 관한 연구가 진행되었다. 디자인 측면에서는 원활한 기부를 받을 수 있도록 1.2 m 키에 투피스 정장을 입은 여성형 휴머노이드 로봇 형태로 디자인되었다. 기부자를 파악하기 위하여 인공지능 사물 인식 모델인 YOLO를 기반으로 기부자 선정 프로그램을 개발하였다.
실제 생활 환경에서 로봇 기부 행위와 디자인의 상관 관계를 파악하기 위한 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 로봇의 커버를 장착하지 않은 상태에서 57명, 로봇의 커버를 장착한 상태에서 59명, 총 116명의 사람들을 대상으로 진행되었다. 연령은 10대에서 60대까지 다양하게 선별되었고 성별 또한 2:3 비율이 넘지 않도록 균형을 맞추었다.

이론/모형

ALICE@ERICA는 원거리에 나타난 사람들에게 스스로 다가가는 목적을 수행하기 위해서 영상 데이터를 사용하였다. 특히 사람을 인식하기 위해서 영상을 이용한 인공지능 사물 인식 분야에서 좋은 결과를 보여주고 있는 YOLO (You only Look Once) 모델을 사용하였다^[12].

성능/효과

결과적으로 ALICE@ERICA는 지금까지 기존의 로봇에서는 제시되지 않은 투피스 정장을 입은 여성형 휴머노이드 로봇 형태로 완성되었다.
설문 조사 결과를 종합해 보면 로봇 외형 디자인 변화에 따라 인간의 감정과 이성 모두 영향을 받는 것을 볼 수 있었다. 구체적으로 로봇에 커버를 장착하여 로봇에 디자인 요소를 부여하였을 때 로봇에 대한 친밀감과 의사전달 이해도 및 기부의사가 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 로봇의 디자인 요소들은 인간과 로봇의 상호작용을 긍정적인 방향으로 이끄는데 기여하고 있음을 확인할 수 있었다.
실험 결과 ALICE@ERICA의 디자인과 행동이 로봇에 대한 친밀감을 높이고 기부 의사를 높인다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 디자인과 행동 전략이 기부금 모집이라는 고난이도의 인간과 로봇 상호작용을 증진시키는데 기여하였다고 판단된다.
구체적으로 로봇에 커버를 장착하여 로봇에 디자인 요소를 부여하였을 때 로봇에 대한 친밀감과 의사전달 이해도 및 기부의사가 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 로봇의 디자인 요소들은 인간과 로봇의 상호작용을 긍정적인 방향으로 이끄는데 기여하고 있음을 확인할 수 있었다.
로봇을 편안하고 친숙하게 느끼는 정도 또한 커버가 없을 때는 평균 2.60점 밖에 되지 않았으나 커버가 있을 때는 3.24점으로 친숙도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
설문 조사 결과를 종합해 보면 로봇 외형 디자인 변화에 따라 인간의 감정과 이성 모두 영향을 받는 것을 볼 수 있었다. 구체적으로 로봇에 커버를 장착하여 로봇에 디자인 요소를 부여하였을 때 로봇에 대한 친밀감과 의사전달 이해도 및 기부의사가 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 ALICE@ERICA의 효과적인 모금 및 상호작용 효과를 증명하기 위해서 공공장소에서 다양한 연령의 사람을 대상으로 기부 모금 활동을 하고 설문조사 실험을 진행하였다. 실험 결과 ALICE@ERICA의 디자인과 행동이 로봇에 대한 친밀감을 높이고 기부 의사를 높인다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 디자인과 행동 전략이 기부금 모집이라는 고난이도의 인간과 로봇 상호작용을 증진시키는데 기여하였다고 판단된다.
위 결과를 성별로 구분해 보면 그 정도가 성별에 따라 다르다는 것을 확인할 수 있다. [Fig.
조사 결과 [Fig. 8]에서 보여지듯이 로봇의 커버 장착여부에 따라, 로봇을 표현하는 형용사의 긍정적 표현과 부정적 표현의 정도가 다른 것을 볼 수 있었다. 커버를 장착하지 않은 경우 68% 였던 긍정적 표현이 커버를 장착하면 77%로 증가하였다.
또한 Mikey Siegel은 여성의 음성을 사용하여 대화를 진행한 로봇이 남성 목소리를 사용한 로봇 보다 높은 기부 확률을 가졌음을 확인함으로써 로봇 목소리의 성별이 인간과 로봇의 상호작용에 영향을 줄 수 있다는 것을 보여주었다^[11]. 즉, 인간에게 가장 친숙하게 받아들여지기 위해서는 인간과 적당히 닮은 형태의 휴머노이드 로봇이 가장 좋으며 성인보다는 작은 키에 여성형 디자인과 음성을 가진 로봇을 개발해야 한다는 결론을 얻었다.
흥미로운 점은 로봇의 요청사항을 이해하였는지 묻는 질문에, 커버를 장착하지 않았을 경우 ‘예’ 라고 대답한 비율이 63%였으나 커버를 장착했을 경우 81%로 급격히 높아졌다는 것이다.

후속연구

이를 토대로 로봇의 꾸준한 고도화가 진행되어 보다 자연스럽고 원활한 기부자와의 상호 작용이 이루어지기를 기대한다. ALICE@ERICA의 기부 로봇 연구가 인간에게 로봇이 보다 친밀하고 편안하게 받아들여질 수 있도록, 로봇 디자인 및 HRI 연구 발전에 도움이 되기를 기대한다.
현재 스마트 결제 시스템과 관련된 행정적인 제약으로 인해 실제 기부가 이루어지는 것 까지의 시험은 수행하지 못하였다. 결재 시스템의 문제를 해결 후 불특정 다수의 사람을 대상으로 실험을 설계하고 진행할 예정이다. 의미 있는 실험을 진행하기 위해서 인간과 로봇의 상호작용 효과에 대한 정량적 지표를 개발하고 다양한 활동 환경을 선정하여 비교 분석할 예정이다.
결재 시스템의 문제를 해결 후 불특정 다수의 사람을 대상으로 실험을 설계하고 진행할 예정이다. 의미 있는 실험을 진행하기 위해서 인간과 로봇의 상호작용 효과에 대한 정량적 지표를 개발하고 다양한 활동 환경을 선정하여 비교 분석할 예정이다. 이를 토대로 로봇의 꾸준한 고도화가 진행되어 보다 자연스럽고 원활한 기부자와의 상호 작용이 이루어지기를 기대한다.
의미 있는 실험을 진행하기 위해서 인간과 로봇의 상호작용 효과에 대한 정량적 지표를 개발하고 다양한 활동 환경을 선정하여 비교 분석할 예정이다. 이를 토대로 로봇의 꾸준한 고도화가 진행되어 보다 자연스럽고 원활한 기부자와의 상호 작용이 이루어지기를 기대한다. ALICE@ERICA의 기부 로봇 연구가 인간에게 로봇이 보다 친밀하고 편안하게 받아들여질 수 있도록, 로봇 디자인 및 HRI 연구 발전에 도움이 되기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로봇 ALICE@ERICA란 무엇인가?	로봇 ALICE@ERICA는 한양대학교 에리카 캠퍼스 방문객들에게 안내 및 기부를 받기 위해 개발된 서비스 로봇이다. 서비스 로봇은 인간과 상호작용이 필요한 경우, 또는 사회적인 관계를 통해 가치를 만들어야 하는 경우에 주로 사용된다.
	여성형 휴머노이드 로봇이 투피스 정장을 입은 이유는 무엇인가?	투피스 정장 형태를 선택한 이유는 투피스 정장이 공식적인 행사나 장소에서 여성들이 가장 많이 입는 형태이므로 기부 행위에 정중한 분위기를 형성하는데 기여할 것으로 판단되었기 때문이다.
	기부라는 행동을 유도하기 위해 필요한 것은 무엇인가?	사람들에게 기부라는 특정 행동을 유도하기 위해서는 보통의 서비스 로봇과는 다른 개발 요소들이 필요하다. 기부를 받으려는 목적을 달성하기 위해서는 크게 세가지 개발 요소가 중요하다고 판단되었다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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